1.5 新一代信息技术

战略性新兴产业是以重大技术突破和重大发展需求为基础，对经济社会全局和长远发展具有重大引领带动作用，知识技术密集、物质资源消耗少、成长潜力大、综合效益好的产业。

依据《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》(国发(2010) 32号)，七个战略性新兴产业涉及节能环保产业、新能源产业、新材料产业、新能源汽车产业、新一代信息技术产业、生物产业、高端装备制造业。到2020年，新一代信息技术与节能环保、生物、高端装备制造产业等将成为国民经济的支柱产业。

新一代信息技术产业包括:

• 加快建设宽带、泛在、融合、安全的信息网络基础设施，推动新一代移动通信、下 一代互联网核心设备和智能终端的研发及产业化，加快推进三网融合(电信网络、有线电视网络和计算机网络)，促进物联网、云计算的研发和示范应用。
• 着力发展集成电路、新型显示、高端软件、高端服务器等核心基础产业。
• 提升软件服务、网络增值服务等信息服务能力，加快重要基础设施智能化改造。
• 大力发展数字虚拟等技术，促进文化创意产业发展。
• 大数据、云计算、互联网+、物联网、智慧城市等是新一代信息技术与信息资源充分利用的全新业态，是信息化发展的主要趋势，也是信息系统集成行业今后面临的主要业务范1畴。

1. 物联网技术

物联网(The Internet of Things)是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

物联网主要解决物品与物品(ThingtoThing，T2T)、人与物品(Human.to Thing, H2T)、 人与人(Human to Human, H2H)之间的互连。与传统互联网不同的是，H2T是指人利用通用装置与物品之间的连接，从而使得物品连接更加简化，而H2H是指人之间不依赖于PC而进行的互连。

另外，许多学者在讨论物联网时，经常会引入M2M的概念，可以解释为人与人(Man to Man)、人与机器( Man to Machine)，或机器与机器( Machine to Machine)。

在物联网应用中有两项关键技术，分别是传感器技术和嵌入式技术。

物联网架构可分为三层，分别是感知层、网络层和应用层。

• 感知层由各种传感器构成，包括温湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层是物联网识别物体、采集信息的来源;
• 网络层由各种网络,包括互联网、广电网、网络管理系统和云计算平台等组成，是整个物联网的中枢，负责传递和处理感知层获取的信息;
• 应用层是物联网和用户的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

2. CPS--Cyber-PhysicalSystems 信息物理系统

信息物理系统（CPS,Cyber-PhysicalSystems）是一个综合计算、网络和物理环境的多维复杂系统，通过3C（Computer、Communication、Control）技术的有机融合与深度协作，实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务。

信息物理系统包含了将来无处不在的环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程，注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调，主要用于一些智能系统上如设备互联，物联传感，智能家居，机器人，智能导航等。

何积丰院士认为，CPS的意义在于将物理设备联网，特别是连接到互联网上，使得物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能。德国为了“确保制造业的未来”，提出了工业4.0的概念，核心就是CPS系统，并成为了火爆全球的概念，这主要得益于德国雄厚的工业基础，特别是数控设备为代表的机械，以及发展迅速的德国信息技术。

物联网以及传感网，最擅长的是基于无线连接，主要实现的是感知，控制的成分很少。而CPS在实现信息传递之外，协调能力，计算能力更加强大，从而实现自治。同样是我在办公室在手机上按下按钮，家里面基于CPS的智能机器人，就可以通过网络收集到我最近今天的身体状况，饮食习惯，食品市场情况等等信息，根据这些数据进行分析，得出应该做怎样的饭，怎样的菜的结论，最后再把饭菜做出来。智能机器人也属于CPS的应用范围。

从两种情况的对比，可以很清楚的感觉到物联网和信息物理系统之间的差距。物联网就像现在的瘦客户端，而CPS就是胖客户端，基于CPS的硬件可以通过收集信息，将信息的处理分析过程在本地进行，这就需要物理硬件有很强大的计算能力，能够适应海量运算。这也是现在研究的一个难点。

无论是德国工业4.0、美国工业互联网、还是中国制造2025的两化深度融合战略，其共同点、核心均是CPS信息物理系统。CPS是研究、实现工业4.0等战略的关键。

CPS与物联网有类似的能力，但CPS更强调循环反馈,要求系统能够在感知物理世界之后通过通信与计算再对物理世界起到反馈控制作用。
 

3. 云计算

人们很早就提出和实现了基于网络的多台计算机的协同技术，例如，分布式技术、服务器集群技术、负载均衡技术和Web Service 等，在互联网的基础上对这些技术进行扩展，再加入一些创新，就构成了云计算。

云计算(Cloud Computing), 是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，在网络上配置为共享的软件资源、计算资源、存储资源和信息资源可以按需求提供给网上终端设备和终端用户。云计算也可以理解为向用户屏蔽底层差异的分布式处理架构，在云计算环境中，用户与实际服务提供的计算资源相分离，云端集合了大量计算设备和资源。

所谓“云”是一种抽象的比喻，表示用网络包裹服务或者资源而隐蔽服务或资源共享的实现细节以及资源位置的-种状态。云计算是继大型机-终端计算模式转变为客户端-服务器计算模式之后的又一.种计算模式的转变。在这种模式下，用户不再需要了解“云”中基础设施的细节，也不必具有相应的专业知识，更无须直接进行控制，可以将信息系统的运行维护完全交给“云”平台的管理者。云计算通常通过互联网来提供动态易扩展而且经常是虚拟化的资源，并且计算能力也可作为一-种资源通过互联网流通。

云计算是指基于互联网的超级计算模式，通过互联网来提供大型计算能力和动态易扩展的虚拟化资源，通常具有下列特点：（1）超大规模    （2）虚拟化    （3）高可靠性     （4）通用性 （5）高可扩展性  （6）按需服务  （7）极其廉价     （8）潜在的危险性

云计算（Cloud Computing）是分布式计算（Distributed Computing）、并行计算（Parallel Computing）、效用计算（Utility Computing）、 网络存储（Network Storage Technologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）、热备份冗余（High Available）等传统计算机和网络技术发展融合的产物。

云计算系统由云平台、云存储、云终端、云安全四个基本部分组成。云平台从用户的角度可分为公有云、私有云、混合云等。通过从提供服务的层次可分为基础设施即服务（Iaas）、平台即服务（Paas）和软件即服务（Saas）

雾计算(Fog Computing)
       雾计算强调在设备的网关里处理数据，数据被雾计算收集到设备的网关，进而处理、存储，并将处理后的数据发挥需要数据的设备中。

       雾计算（Fog Computing），数据、（数据）处理和应用程序集中在网络边缘的设备中，而不是几乎全部保存在云中，是云计算（Cloud Computing）的延伸概念，由思科（Cisco）提出的。这个因“云”而“雾”的命名源自“雾是更贴近地面的云”这一名句。

       雾计算和云计算一样，十分形象。云在天空飘浮，高高在上，遥不可及，刻意抽象；而雾却现实可及，贴近地面，就在你我身边。雾计算并非由性能强大的服务器组成，而是由性能较弱、更为分散的各类功能计算机组成，渗入工厂、汽车、电器、街灯及人们物质生活中的各类用品。

      云是高高的天上，十分抽象，而雾则接近地面，与你我同在。雾计算没有强力的计算能力，只有一些弱的，零散的计算设备。

与云计算CC比较
       与云计算相比，雾计算所采用的架构更呈分布式，更接近网络边缘。雾计算将数据、数据处理和应用程序集中在网络边缘的设备中，而不像云计算那样将它们几乎全部保存在云中。数据的存储及处理更依赖本地设备，而非服务器。所以，云计算是新一代的集中式计算，而雾计算是新一代的分布式计算，符合互联网的“去中心化”特征。

       雾计算不像云计算那样，要求使用者连上远端的大型数据中心才能存取服务。除了架构上的差异，云计算所能提供的应用，雾计算基本上都能提供，只是雾计算所采用的计算平台效能可能不如大型数据中心。

边缘计算(Edge Computing)

     边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧，采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台，就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起，产生更快的网络服务响应，满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间，或处于物理实体的顶端。而云端计算，仍然可以访问边缘计算的历史数据。

      边缘计算，是一种分散式运算的架构。在这种架构下，将应用程序、数据资料与服务的运算，由网络中心节点，移往网络逻辑上的边缘节点来处理。或者说，边缘运算将原本完全由中心节点处理大型服务加以分解，切割成更小与更容易管理的部分，分散到边缘节点去处理。边缘节点更接近于用户终端装置，可以加快资料的处理与传送速度，减少延迟。

边缘计算不是云计算的替代品，互补会更高效！边缘计算和云计算互相协同，它们是彼此优化补充的存在，共同使能行业数字化转型。云计算是一个统筹者，它负责长周期数据的大数据分析，能够在周期性维护、业务决策等领域运行。边缘计算着眼于实时、短周期数据的分析，更好地支撑本地业务及时处理执行。边缘计算靠近设备端，也为云端数据采集做出贡献，支撑云端应用的大数据分析，云计算也通过大数据分析输出业务规则下发到边缘处，以便执行和优化处理。

严格讲，雾计算和边缘计算本身并没有本质的区别，都是在接近于现场应用端提供的计算。就其本质而言，都是相对于云计算而言的。

雾计算与边缘计算区别比较
　　首先说说「雾计算」，处理能力放在包括 IoT设备的LAN里面。这个网络内的 IoT网关​，或者说是雾节点用于数据收集，处理，存储。多种来源的信息收集到网关里，处理后的数据发送回需要该数据的设备。

      边缘计算​，进一步推进了雾计算的「LAN内的处理能力」的理念，处理能力更靠近数据源，是在网络内的各设备实施处理。

4. 大数据

5. 移动互联网

移动互联网的核心是互联网，因此一般认为移动互联网是桌面互联网的补充和延伸，应用和内容仍是移动互联网的根本。

移动互联网有以下特点。
(1)终端移动性: 移动的终端便于用户随身携带和随时使用。

(2)业务使用的私密性: 所使用的内容和服务更私密，如手机支付业务等。

(3)终端和网络的局限性:移动互联网业务在便携的同时，也受到了来自网络能力和终端能力的限制:在网络能力方面，受到无线网络传输环境、技术能力等因素限制;在终端能力方面，受到终端大小、处理能力、电池容量等的限制。无线资源的稀缺性决定了移动互联网必须遵循按流量计费的商业模式。

(4)业务与终端、网络的强关联性:由于移动互联网业务受到了网络及终端能力的限制，因此，其业务内容和形式也需要适合特定的网络技术规格和终端类型。

1G，即第一代移动通信技术，以模拟信号为传输载体的蜂窝无线电话系统。

2G，第二代移动通信技术，以数字语音传输技术为核心。2G比1G具有更高的保密性和更大的系统容量。

3G是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通信技术。--10M

4G,第四代移动电话行动通信标准，包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式，集3G与WLAN于一体；4G的MIMO，即多进多出的天线技术则提升了频率复用度，相当于通过修多车道将路修得更宽，可以同时容纳多辆车并排行驶，跨载波聚合能获得更大的频谱带宽从而提升数据速率。4G网络速度大致可比3G网络快10倍。4G相关技术使得速率从3G时代的10Mbps数量级提高了100Mbps的数量级，还为向5G演进奠定了技术基础。---100M

5G，第五代通信技术，主要特点是超宽带，超高速度，超低延时。2019年6月6日，工信部正式向中国电信、中国移动、中国联通、中国广电发放5G商用牌照，中国正式进入5G商用元年。--G

我们常说4G改变生活，5G改变世界。4G网络的接入网速的提高让我们看视频不再卡顿，4G的普及使人与人之间的沟通和交流更加方便和快捷，改变了我们的生活，可以说4G实现了人与人的互联。而5G的出现则使我们进入了万物互联时代，我们可以利用5G实现全息影像、无人驾驶乃至远程手术的操作等等，它实现了人与物、物与物的互联互通。

国际电信联盟（ITU）定义了5G的三大类应用场景，即增强移动宽带（eMBB）、超高可靠低时延通信(uRLLC)和海量机器类通信(mMTC)。

1.峰值速率需要达到10-20Gbit/s，以满足高清视频、虚拟现实等大数据量传输。

2.空中接口时延低至1ms，满足自动驾驶、远程医疗等实时应用。

3.具备百万连接/平方公里的设备连接能力，满足物联网通信。

4.频谱效率要比LTE提升3倍以上。

5.连续广域覆盖和高移动性下，用户体验速率达到100Mbit/s。

6.流量密度达到10Mbps/m2以上。

7.移动性支持500km/h的高速移动。

到2030年，与前几次移动通信技术换代类似，6G的大多数性能指标相比5G将提升10到100倍，最高传输速率可达1Tbps，这意味着下载一部电影可在1秒内完成，而0.1ms的网络时延人类已基本无法感知。

展望6G时代应用场景，包括超能交通、身体域网络、机器间的协同、多感官混合现实、虚拟助理、情感和触觉交流、触觉互联网、全息、智能交互、空间通信。

触觉互联网的到来，意味着未来传递的信息将超越图片、文字、声音、视频，会包括传递味觉、触觉，甚至情感，这可以而大大提高网络沟通和学习的效率，甚至可以通过脑机接口，直接对人体的大脑皮层进行刺激，从而形成物理记忆，带来学习方式的革命。

身体域网络，指将来人类会使用更多的可替代、植入式身体器官，甚至在身体里安装纳米机器人来动态监控身体各器官运行，在网络中进行人体运行状态的实时跟踪和模拟，对病变进行预测和提前干预，从而提升人的生命质量，听起来是不是很炫酷？！

6G应用场景还包括虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）合并为一的扩展现实（XR）服务最为人们津津乐道。它让地理上分散的人群可以获得位于同一空间的感受，就像图片中的一样，虽然乐队的成员不在同样的地点，但是通过6G依旧可以进行表演。6G还能让在现实环境中创造出的虚拟事物更可以随人的意志变动，设备与感官无缝连接，远程全息成为现实，这让远程教育、协作设计、远程医疗、远程办公、高级三维模拟和训练、国防应用具有了更深的想象空间。

当前5G网络及相关技术演进：落实场景化应用

5G网络R16版本已经冻结，三大业务场景均获得相应技术支撑；R17正在制定当中，预期毫米波、空天地一体化网络等将被写入标准，同时工业互联网、车联网等垂直场景将得到细化满足。

在完成R17版本后，按路径图，5G网络标准制定到位，后续随之而来的是5.5G、6G标准的研发和制定工作。不仅仅5G网络技术，人工智能、区块链、云计算、大数据、边缘计算、物联传感等技术也将同步发展，为5G网络提供应用填充，并支撑运营。

5G网络是生态协同的过程。核心流程是，基础设施规模化——终端降价与用户规模化——内容与应用生态放大——5G产业巩固。因此，未来能否顺利达到既定目标，基础设施建设放在首要位置，需要运营商和政府联手打造，但目前众多国家建设缓慢，将可能成为阻碍产业链放大的重要因素。

5G主要优缺点：

1、优点

1）超大的带宽，更快的网络访问速度，峰值速度超过10Gbps。

2）前所未有的带宽及网速，催生巨大的应用市场，比如物联网、智慧城市等规模应用。

2、缺点

1）覆盖范围小，需要建设更多的基站，大约是4G基站的4~5倍！

2）能耗更高，5G基站需要的电量比4G基站大很多，间接也导致基站建设成本大幅上涨。

3）5G理论速度是4G的100倍，现有基站光纤无法满足，需要重新建设或加强。

从公开的数据看，4G的主流频段是1.8GHz，而我国5G主流频段是3.5GHz，从能量守恒来看，做了更多的功，当然就要付出更多的能量。根据广州、深圳对华为和中兴的4G和5G基站的耗电实测结果显示，100%负载下5G是4G功耗的2.5~3.5倍。正是由于能耗激增导致成本增加的原因，三大运营商的利润均出现了不同程度的下跌。为了降低成本，网传有运营商在每天晚上将5G信号关闭。另外，5G的真实市场需求也低于预期。从国内三大运营商公布数据看来，目前5G的增长速度有较大的下降，因此运营商建造5G基站的激情也远比不上当年建造4G时候。

人类所有科学技术的发展都是遵守这一个规律：发现规律——高成本利用规律——普遍应用，降低成本——改变人们生活模式。5G通信技术也不例外！

6. 绿色制造工程

“中国制造2025”要实施五大工程:智能制造工程、制造业创新中心建设工程、工业强基工程、绿色制造工程、高端装备创新工程。其中,最核心的是实施智能制造工程。”

《十四五规划和2035年远景目标纲要》
深入实施智能制造和绿色制造工程，发展服务型制造新模式，推动制造业高端化智能化绿色化。培育先进制造业集群，推动集成电路、航空航天、船舶与海洋工程装备、机器人、先进轨道交通装备、先进电力装备、工程机械、高端数控机床、医药及医疗设备等产业创新发展。改造提升传统产业，推动石化、钢铁、有色、建材等原材料产业布局优化和结构调整，扩大轻工、纺织等优质产品供给，加快化工、造纸等重点行业企业改造升级，完善绿色制造体系。

绿色制造工程

【工程内容】: 组织实施传统制造业能效提升、清洁生产、节水治污、循环利用等专项技术改造。开展重大节能环保、资源综合利用、再制造、低碳技术产业化示范。实施重点区域、流域、行业清洁生产水平提升计划，扎实推进大气、水、土壤污染源头防治专项。制定绿色产品、绿色工厂、绿色园区、绿色企业标准体系，开展绿色评价。

【工程目标】:到2020年，建成千家绿色示范工厂和百家绿色示范园区，部分重化工行业能源资源消耗出现拐点，重点行业主要污染物排放强度下降20%。到2025年，制造业绿色发展和主要产品单耗达到世界先进水平，绿色制造体系基本建立。

《中国制造2025》的第四项工程是绿色制造工程，我们可以看出，这项工程不仅强调生产制造过程本身的节能减排，也强调生产出来的产品绿色节能。

(2)ISO14000系列标准的陆续出台为绿色制造的全球化研究和应用奠定了很好的基础，但一些标准尚需进一步完 善，许多标准还有待于研究和制定。

7. 区块链

区块链实际上是一种极其巧妙的分布式共享账本及点对点价值传输技术，对金融乃至各行各业带来的潜在影响甚至可能不亚于复式记账法的发明。

若从其实质分析，区块链就是一种无须中介参与，亦能在互不信任或弱信任的参与者之间维系一套不可篡改的账本记录的技术。
中国区块链技术和应用发展白皮书

区块链1.0的典型特征如下:
1、以区块为单位的链状数据块结构:

区块链系统各节点通过一-定的共识机制选取具有打包交易权限的区块节点，该节点需要将新区块的前--个区块的哈希值、当前时间戳、一段时间内发生的有效交易及其梅克尔树根值等内容打包成一一个区块，向全网广播。由于每一一个区块都是与前续区块通过密码学证明的方式链接在一起的，当区块链达到一定的长度后，要修改某个历史区块中的交易内容就必须将该区块之前的所有区块的交易记录及密码学证明进行重构，有效实现了防篡改。
2、全网共享账本:

在典型的区块链网络中，每一个节点都能够存储全网发生的历史交易记录的完整、一致账本，即对个别节点的账本数据的篡改、攻击不会影响全网总账的安全性。此外，由于全网的节点是通过点
对点的方式连接起来的，没有单一的中心化服务器，因此不存在单- -的攻击入口。同时，全网共享账本这个特性也使得防止双重支付成为现实。
3、非对称加密:典型的区块链网络中，账户体系由非对称加密算法下的公钥和私钥组成，若没有私钥则无法使用对应公钥中的资产。
4、源代码开源:区块链网络中设定的共识机制、规则等都可以通过一致的、开源的源代码进行验证。
 

2014年前后，业界开始认识到区块链技术的重要价值，并将其用于数字货币外的领域，如分布式身份认证、分布式域名系统、分布式自治组织等。这些应用称为分布式应用(DAPP) 。

用区块链技术架构从零开始构建DAPP非常困难，但不同的DAPP共享了很多相同的组件。区块链2.0试图创建可共用的技术平台并向开发者提供Saas服务，极大提高了交易速度，大大降低资源消耗，并支持PoW、PoS和DPoS等多种共识算法，使DAPP的开发变得更容易。

区块链2.0的典型特征如下:
1、智能合约:区块链系统中的应用，是已编码的、可自动运行的业务逻辑，通常有自己的代币和专用开发语言。
2、DAPP:包含用户界面的应用，包括但不限于各种加密货币，如以太坊钱包。
3、虚拟机:用于执行智能合约编译后的代码。虚拟机是图灵完备的。

区块链系统根据应用场景和设计体系的不同，一般分为公有链、联盟链和专有链。其中:

• 公有链的各个节点可以自由加入和退出网络，并参加链上数据的读写,运行时以扁平的拓扑结构互联互通，网络中不存在任何中心化的服务端节点。
• 联盟链的各个节点通常有与之对应的实体机构组织，通过授权后才能加入与退出网络。各机构组织组成利益相关的联盟，共同维护区块链的健康运转。
• 专有链的各个节点的写入权限收归内部控制，而读取权限可视需求有选择性地对外开放。专有链仍然具备区块链多节点运行的通用结构，适用于特定机构的内部数据管理与审计。

 核心技术组件包括区块链系统所依赖的基础组件、协议和算法，进-步细分为通信、存储、安全机制、共识机制等4层结构。
1、通信:区块链通常采用P2P技术来组织各个网络节点，每个节点通过多播实现路由、新节点识别和数据传播等功能。
2、存储:区块链数据在运行期以块链式数据结构存储在内存中，最终会持久化存储到数据库中。对于较大的文件，也可存储在链外的文件系统里，同时将摘要( 数字指纹)保存到链上用以自证。
3、安全机制:区块链系统通过多种密码学原理进行数据加密及隐私保护。对于公有链或其他涉及到金融应用的区块链系统而言，高强度高可靠的安全算法是基本要求，需要达到国密级别，同时在效率上需要具备一定的优势。
4、共识机制:是区块链系统中各个节点达成一致的策略和方法，应根据系统类型及应用场景的不同灵活选取。

围绕标准体系建设要求，区块链标准体系主要针对以下问题提出:
■构建区块链的标准化语言，统一-对区块链的认识。
■统一区块链底层开发平台和应用编程接口，为区块链的开发、移植和互操作提供支持。
■统一不同区块链间的链接、实现信任和交换数据的标准，建立区块链间互操作基础。
■构建安全和可信环境，规范基于区块链的服务，营造良好的应用环境。
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-400810.html

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